(57)【要約】  Ａ）坑井の深さのレベルまで流入体（４１）を移送するように適応された内部配管（２０）と、Ｂ）流体の圧力を調整するための入口ポンプ（４０）と、Ｃ）内部配管（２０）と同軸であり、坑井の遠位端から上方に熱利用先装置まで流体を上昇させるように適応された直径を持つ外部配管（１０）と、Ｄ）金属バーまたは平板によって構成される複数のスペーサ（１４）を介して外部配管（１０）に接続されるカラー（１５）と係合するための内部配管（２０）上のフランジ（２４）と、Ｅ）配管（１０、２０）の振動に関する情報をソフトウェアに伝送するように適応された検出センサ（６０）と、Ｆ）過圧を回避するように適応された自動安全弁（７０）と、Ｇ）流体圧力に関する情報をソフトウェアに伝送するように適応された駆動調整弁（７１）と、Ｈ）振動を減衰しかつ微小地震の発生を防止するために、入口ポンプ（４０）、調整弁（７１）、および複数のアクチュエータに作用するように適応された、坑井内の流体循環を監視することによって安全性を確実にする専用ソフトウェアとによって構成される、連通管付き地熱坑井。【選択図】  図１
2019526022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面の下に垂直に延びる配管内部に特別に導入される流体に、地球の心土の最深岩層の内生熱を伝達するように適応された連通管付き地熱坑井であって、前記配管は前記流体が所望の温度に達したときにそれを取り出すようにも適応され、前記流体は前記熱をエネルギ源として利用するように適応された適切な熱交換器および／または蒸気発生器に向かって搬送するように適応されて成る、
前記地熱坑井は少なくとも、
Ａ）前記流体の流入物（４１）を入口ポンプ（４０）から前記坑井の深さによって決定されるレベルまで移送するように適応された内部配管（２０）と、
Ｂ）前記内部配管（２０）の入口に配設され、流体の循環圧力を調整するように適応された、少なくとも一つの入口ポンプ（４０）と、
Ｃ）前記内部配管（２０）と同軸であり、前記坑井の遠位端から上方に任意の一つの熱利用先装置内に搬送されるまでの前記流体の流出物（５１）の上昇流を可能にするのに適した直径を持つ外部配管（１０）であって、前記坑井の前記遠位端は前記流体と前記外部配管（１０）の壁の周囲の岩層の内生熱との間の熱交換が起きる場所である、外部配管（１０）と、
Ｄ）前記内部配管（２０）の外面に配設され、少なくとも一つの環状金属カラー（１５）の上に係合するように適応された少なくとも一つのフランジ（２４）であって、前記カラー（１５）は、前記外部配管（１０）の内面から直線状の経路を辿って前記カラー（１５）に収束する複数のスペーサ（１４）によって前記外部配管（１０）の内面に接続され、前記スペーサ（１４）は好ましくは三個ずつ存在しかつ任意の一つの金属または金属合金で作られた一般的なバーまたは平板によって構成され、前記フランジ（２４）の前記カラー（１５）との係合は、坑井に対する構造的支持を提供し、前記外部配管（１０）と前記内部配管（２０）との間のセンタリングを確実にするように適応され、かつ前記内部配管（２０）と前記外部配管（１０）との間の過度の振動を防止するように適応されて成る、少なくとも一つのフランジ（２４）と、
Ｅ）前記外部配管（１０）の近位端に配設され、前記循環流体の過圧を防止するように可逆的かつ自動的に作動するように適応された、少なくとも一つの自動安全弁（７０）と、
Ｆ）循環流体の圧力に起因する前記外部配管（１０）および前記内部配管（２０）の振動に関連する情報を専用ソフトウェアに伝送するように適応された、複数の検出センサ（６０）と、
Ｇ）前記検出センサ（６０）によって検出された過度の振動を減衰する目的で、一般的な専用ソフトウェアのコマンドにより可逆的に作動するように適応された、少なくとも一つの駆動調整弁（７１）と、
Ｈ）坑井内部の流体循環を監視することによって、かつ前記検出センサ（６０）からの入力データを受信することによって、かつ、前記内部配管（２０）および前記外部配管（１０）の振動に関連するパラメータを予め定められた閾値内に戻すためにおそらく前記入口ポンプ（４０）および前記駆動調整弁（７１）に作用することによって、プラントの安全性を確実にするように適応された、少なくとも一つの一般的な専用ソフトウェアであって、一般的なモータおよび／または同期モータおよび／または流量調整弁によって構成され、振動を減衰しかつ微小地震の可能性を防止するように適応された複数のアクチュエータを可逆的に作動させるようにも適応された、前記一般的な専用ソフトウェアと、
によって構成されることを特徴とする連通管付き地熱坑井。
【請求項２】
前記外部配管（１０）は複数のモジュール要素（１１）によって構成され、前記複数のモジュール要素（１１）の各々は、前記モジュール要素（１１）の上端および下端に配設された一対のねじ部（１２‐１２’）を備えた一般的な円筒状の中空マンネスマン管によって構成され、前記ねじ部（１２‐１２’）は、前記外部配管（１０）の所望の深さが得られるまで、各モジュール要素（１１）が後続モジュール要素（１１）と安定的かつ可逆的に螺合かつ固定することを可能にするように適応され、前記外部配管（１０）は、前記配管の遠位端を表すように適応され、最後のモジュール要素（１１）の後に前記坑井によって達成される最大深さに設置される、終端要素を特徴とし、前記終端要素は、上端にねじ部（１２）を備えかつ下方遠位端に閉塞キャップ（１３）を備えた円筒体によって構成され、前記閉塞キャップ（１３）は前記外部配管（１０）からの前記流体の流出およびその結果生じる地中への分散を防止するように適応されることを特徴とする、請求項１に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項３】
前記内部配管（２０）は複数のモジュール要素（２１）によって構成され、前記複数のモジュール要素（２１）の各々は、前記モジュール要素（２１）の上端および下端に配設された一対のねじ部（２２‐２２’）を備えた一般的な円筒状の中空マンネスマン管によって構成され、前記ねじ部（２２‐２２’）は、前記内部配管（２０）の所望の深さが得られるまで、各モジュール要素（２１）が後続モジュール要素（２１）と安定的にしかも可逆的に螺合かつ固定することを可能にするように適応され、前記内部配管（２０）は、最も深く配設されたモジュール要素（２１）の後に設置されるように適応された終端要素を特徴とし、前記終端要素は、上端にねじ部（２２）を備えかつ下端に自由端（２３）を備えた円筒体によって構成され、前記自由端（２３）は、前記内部配管（２０）から前記外部配管（１０）への前記流体の流出を可能にするように適応されることを特徴とする、請求項１または２に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項４】
前記外部配管（１０）または前記内部配管（２０）のどちらでも二つの連続するモジュール要素（１１、２１）間の接合部は、前記接合部で前記外部配管（１０）または前記内部配管（２０）の外部および内部に一つずつ配設される、一対のテフロン層によって封止されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項５】
前記外部配管（１０）を構成する各モジュール要素（１１）に対し相対スペーサ（１４）を備えたカラー（１５）が設けられることを特徴とし、かつ前記内部配管（２０）を構成する各モジュール要素（２１）に対しフランジ（２４）が設けられることをも特徴とする、請求項３に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項６】
前記スペーサ（１４）は、各カラー（１５）に対し三個ずつ配設されることが好ましく、前記スペーサ（１４）は各カラー（１５）に収束し、
後続カラー（１５）に収束するスペーサ（１４）と垂直方向に整列することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項７】
前記カラー（１５）は、それに当接する内部配管（２０）の一部分が線形方向および立方体方向の必要な熱膨張を行うことができるような大きさに形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項８】
前記流出体（５１）を構成する流体の熱が、適切な利用先によってエネルギ源として利用された後、冷却された戻り流体として回路内に再導入され、新しい流入体（４１）を構成する、閉回路によって構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項９】
前記熱利用先は、少なくとも一つの一般的な熱交換器および／または少なくとも一つの一般的な蒸気発生器によって構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【請求項１０】
前記外部配管（１０）に配設された少なくとも一つの検出センサ（６０）、および前記内部配管（２０）に配設された少なくとも一つの検出センサ（６０）を備え、前記検出センサ（６０）は前記一般的な専用ソフトウェアに少なくとも前記外部配管（１０）および前記内部配管（２０）の振動に関連する情報を送信するように適応され、前記検出センサ（６０）はおそらく、前記専用ソフトウェアに循環流体の化学的‐物理的特性および前記坑井の内部圧力に関連する情報を送信するようにも適応されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の連通管付き地熱坑井。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、代替および再生可能エネルギ源に関し、特に、心土の最深層にある熱を一次エネルギ源として使用するエネルギ変換プラントに関する。更に詳しくは、本発明は、心土の熱を、坑井に導入される水に伝達するように適応された新規の革新的な地熱坑井を提供し、現在のそのような種類のプラントに見られるクリティカリティを解消する。
【背景技術】
【０００２】
地熱エネルギは地質学的熱源に由来するエネルギであり、比較的短い運用時間内に、代替および再生可能な熱源とみなすことができる。それは、ウラン、トリウム、およびカリウムのような放射性元素の自然核崩壊プロセスによって放出される熱エネルギによる地温勾配、すなわち大地の自然熱の利用に基づく。地下の奥深くに突き進むと、温度は徐々に上昇し、平均的に地殻内では１ｋｍ毎に約３０℃、マントル内では１ｋｍ毎に約８０℃高くなる。これらは平均値である。実際には、熱勾配は数十倍も高くまたは低くなり得る。しかし、このエネルギの鉱床は時には、それらを利用するには深すぎる。大地に閉じ込められたエネルギを取り出して利用するには、地熱が集中しており明確な熱異常のある領域を識別する必要がある。これらの領域は一般的に地熱貯留層または鉱床と呼ばれる。熱源は少なくとも旧石器時代から入浴に使用されていた。紀元１世紀には、ローマ人は英国のアクアイソリス、今日のバースを征服し、その熱源を公衆浴場および床暖房に供給するために使用した。これらの浴場に入るための料金は、地熱エネルギの最初の商業的利用を表すものであった。地域のための最も古い地熱システムはフランスのショード‐ゼーグに設置され、１４世紀に運用を開始した。最初の産業上の利用は、間欠泉の蒸気がトスカーナ州ラルデレッロの泥火山からホウ酸を取り出すために使用された１８２７年に遡る。
【０００３】
１８９２年に、米国のボイシ（アイダホ州）における最初の暖房システムは、地熱エネルギによって直接供給され、それは１９００年にオレゴン州で模倣された。深い地熱坑井および間欠泉は、１９４３年からアイスランドおよびトスカーナで温室を暖房するために使用された。
【０００４】
二十世紀には、電気エネルギの需要は、地熱パワーを電気エネルギ生成のための一次源とみなすことを導いた。Ｐｒｉｎｃｅ  Ｐｉｅｒｏ  Ｇｉｎｏｒｉ  Ｃｏｎｔｉは、酸からの地熱エネルギの取出しが始まった同じラルデレッロ地帯で、１９０４年７月４日に最初の地熱発電機を試験した。この実験は四つのランプを点灯することを可能にした。その後、１９１１年に、最初の商業的地熱プラントが同じ場所に建設された。
【０００５】
名門「ＭＩＴ」（マサチューセッツ工科大学）によって行われた研究に関連して、我々は現在のエネルギ利用の問題をより深く掘り下げたいと思う。地温勾配を利用することによって得られるエネルギは、現在、世界中のエネルギ需要の少なくとも２％である。しかし、前述の研究によれば、我々の足元には、地熱によって生じる、約１２，６００，０００Ｚジュールにのぼるエネルギ潜在力が存在する。
【０００６】
地球全体の年間エネルギ需要は約０．５Ｚジュールにのぼると仮定し、かつ現代技術は前記エネルギのうちのわずか２，０００Ｚジュールの使用を可能にしているだけであると仮定すると、地熱エネルギを利用するだけで、今後四千年間にわたってグリーンエネルギを通して地球全体のエネルギ需要が充分に満たされることは明瞭である。
【０００７】
地熱プラントの最適化を目的とする研究は、低沸騰係数の流体（中程度エンタルピ地熱）との相互作用を利用するバイナリサイクルプラントの開発を導いた。これらのプラントでは、水とアンモニアの混合物が良好な変換収率をもたらす。また、Ｋａｌｉｎｅ法は、バイナリサイクルプラントに関して更に３％の最適化収率を導いた。
【０００８】
バイナリサイクルプラントは最初に１９６７年にソビエト連邦に出現し、その後、それは１９８１年に米国に導入された。このエネルギは、過去と比較して非常に低い温度源から電気エネルギを生成することを可能にする。
【０００９】
地熱熱源から生成されるエネルギは再生可能であり、したがって地球に対して負の影響を与えないグリーンエネルギとして分類可能であるが、プラント自体の存在により様々なクリティカリティが生じる。地表から３ｋｍをも超え得るかなりの深さに達する地殻を掘削することは、下にある岩層を必然的に不可逆的に損傷する。このほかに、心土に存在する岩の熱を奥深くで吸収する冷水を導入するための坑井を掘削するには、非常に多くの場合、熱交換面を増大する目的で、高温岩体を破壊することが要求される。地質学的層の破壊は、坑井の周囲の領域に壊滅的な結果をもたらすおそれがある。絶えず微小地震が発生するおそれがあり、同じことは危機的な地盤沈下現象、すなわち地表面の沈降にも当てはまる。空気中への硫化水素の放出もまた頻出する現象であり、プラントの周囲の領域全体に悪臭を残す。坑井を循環する水中への鉛、水銀、ヒ素、石灰石、次亜塩素酸、硫化水素、ラドン、および崩壊元素一般の放出は、同様に有害である。これらの要素の存在のため、水の組成を監視し、化学的／物理的／機械的除去措置を講じることが必要になり、プラントの維持コストはかなり増大する。加えて、心土に存在する高温は、配管および熱交換器におけるクラストの形成を促進し、プラントの効率を徐々に脅かす。
【００１０】
したがって、プラントの監視は、ソフトウェアおよび制御システムの現代技術の現在の利用可能性のおかげで、ますます重要になってきている。最近出願された米国特許出願公開第2016011570号明細書は、複数のセンサおよび検出器を介して循環水のパラメータを制御することに基づく、地熱プラント最適化プロセスを記載している。しかし、上述した欠点を監視するのではなく、それらの発生を回避することのできる地熱坑井は、まだ設計されていないようである。土壌の有害な掘削から生じる大部分の現象は、いわゆる「同心」坑井によって、すなわち冷水を導入するための坑井および熱水を取り出すための坑井が相互に内側に存在しかつ回路を形成するように徹底的に密閉されたプラントによって、克服することができる。実際のところ、現在、地熱坑井を設置するために必要な掘削作業は必ず少なくとも二本、流入配管用に一本以上、かつ流出配管用に一本以上、行われている。これは、上述した環境問題のみならず、生産コストの倍増をも必然的に伴う。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、環境上のクリティカリティを克服し、かつ維持に手間がかからず、約３５年の運用期間を保証することのできる地熱坑井を提供することである。更に、当該坑井の運用は、プラントの適切かつ安全な使用に要求される状態の維持を保証する、専用ソフトウェアによって支援される。
【発明の概要】
【００１２】
本発明によれば、地熱プラントの生産コストを低減すると共に、心土における坑井の存在に関係する環境上の問題を回避することを主な目的とする、連通管付き地熱坑井が提供される。
【００１３】
更に詳しくは、本発明の坑井は必要な掘削本数が、現在使用されている地熱坑井によって要求される二本ではなく、一本だけである。更に、当該地熱坑井は、今日まで解決されなかった地盤沈下および微小地震現象に関連する問題を効果的に解消する。
【００１４】
今日まで使用されている一般的な坑井と全く同様に、そのような地熱坑井は、地球の心土の最深岩層に典型的な内生熱を利用する。熱を取り出しかつそれを利用可能にする目的で、一般的に水で代表される流体は、地表面の下に垂直に延びる配管内に導入される。流体は下降して地球の熱の一部を吸収し、それはその後、熱利用先装置すなわち前記熱を一次エネルギ源として利用するように適応された任意の装置に流体を搬送する取出し配管を介して、再び地表に搬送される。
【００１５】
有利なことに、当該地熱坑井は、同軸状に配設されかつそれぞれ、流入する冷流体４１を導入するための配管および流出する熱流体５１を取り出すための配管として働くように適応された、内部配管２０および外部配管１０から構成される。更に詳しくは、前記内部配管２０は、入口ポンプ４０から坑井の深さによって決定されるレベルまで、流入物４１を移送するように適応される。地表面下のそのようなレベルは、地熱係数の遮断の深さおよびプラントの運用温度に依存する。前記外部配管１０は、代わりに、坑井の遠位端から熱利用先装置に到達するまで上方に搬送される流出物５１の形の流体の上昇を可能にするように、適切なサイズに形成される。
【００１６】
有利なことに、内部配管２０と外部配管１０との間の相互同軸位置の維持を保証するために、前記外部配管１０を形成する各モジュール要素１１の内面に、直線経路を辿って環状カラー１５に収束する複数の、好ましくは三つのスペーサ１４が設けられる。そのようなカラー１５は、前記外部配管１０と同軸状の環状金属要素によって構成され、その内部に前記内部配管２０の対応するモジュール要素２１が組立中に挿入される。有利なことに、前記内部配管２０の前記対応するモジュール要素２１には、次にその外面に、前記内部配管２０の前記モジュール要素２１の位置を前記カラー１５に対して係止することを目的として前記カラー１５と係合するように適応された、環状金属フランジ２４が設けられる。
【００１７】
これらの解決策は、前記内部配管２０と前記外部配管１０との間の過度の相互振動を防止することにも役立つ。
【００１８】
前記内部配管２０の前記モジュール要素２１に対して前記カラー１５のサイズは、前記モジュール要素２１の線形方向および立方体方向両方の熱膨張を可能にするように決定すべきであることを理解されたい。前記熱膨張は、プラントの高い運用温度および循環流体により働く高い圧力によって、必然的に生じる。
【００１９】
有利なことに、循環流体の圧力は、前記内部配管２０の入口に配設された入口ポンプ４０によって調整される。
【００２０】
地熱坑井に関するプラント全体の安全性は、有利なことに一般的な専用ソフトウェアによって保証される。後者は坑井内の流体の循環を監視し、特殊検出センサ６０から来る配管の振動に関連するデータを受信する。より正確には、前記検出センサ６０は少なくとも二つ存在し、更に詳しくは、一つは前記内部配管２０の振動を記録することに関係し、もう一つは外部配管１０専用である。おそらく、前記検出センサ６０は、循環流体の化学的‐物理的特性および坑井の内部圧力に関する情報を前記専用ソフトウェアに送信するようにも適応させることができる。
【００２１】
有利なことに、前記専用ソフトウェアは、振動を予め定められた閾値内に戻し、こうして微小地震の潜在的発生を排除することを目的として、入口ポンプ４０、駆動調整弁７１、および複数のアクチュエータに対し働くようにプログラムされる。前記アクチュエータは、一般的なモータおよび／または同期モータおよび／または流量調整弁によって構成することができる。
【００２２】
有利なことに、前記坑井には、潜在的過圧に関する安全上の理由から前記外部配管１０の近位端に配設される、自動安全弁７０も設けられる。全てが、稼働する地熱坑井の存在による周囲環境への影響を排除することに関する本発明の目的に貢献する。
【００２３】
有利なことに、連通管付き坑井の構成はすでに、その性質上、振動のかなりの減衰を可能にしている。実際、下降流および上昇流は、反対方向のそれらの動きのため、振動の大部分を相互に打ち消し合っている。有利なことに、その後、然るべきアクチュエータおよび弁に対するソフトウェアの作用により、全体的減衰が発生する。
【００２４】
本発明の更なる利点は、坑井を構成する配管のモジュール性に存在する。実際、内部配管２０と同様に、前記外部配管１０は複数のモジュール要素１１、２１から構成され、それらは各々、前記モジュール要素１１、２１の上端および下端に配置された一対のねじ部１２‐１２’、２２‐２２’を備えた、一般的な円筒状の中空マンネスマン管によって構成される。
【００２５】
前記ねじ部１２‐１２’、２２‐２２’は、両方の配管１０、２０の所望の深さが得られるまで、各モジュール要素１１、２１を後続のモジュール要素に安定的にしかも可逆的に螺合しかつ固定することを可能にするように、有利に適応される。
【００２６】
他のモジュール要素１１とは反対に、外部配管１０の終端要素は、有利なことに、上端にねじ部１２が、かつ下方の遠位端に閉塞キャップ１３が設けられた円筒体によって構成される。これは、前記外部配管１０からの流体の流出およびそれに続く地中への流体の分散を防止するためである。前記内部配管２０はむしろ、上端にねじ部２２が、かつ下端に自由端２３が設けられた終端要素を有する。これは、内部配管２０から外部配管１０への流体の流出を可能にするためである。
【００２７】
有利なことに、外部配管１０および内部配管２０両方の様々なモジュール要素１１、２１間の接合部の封止を保証するために、テフロン層が接合部を内部および外部から封止する。
【００２８】
当該地熱坑井によって提供される更なる利点の一つは、それが心土から水を取り出して地中の湿度状態を変えるものではないという事実に存在する。実際、特殊熱利用先装置によってエネルギ源として利用された後、前記流出物５１は冷却された戻り流体として回路に再導入され、新しい流入物４１を形成する。
【００２９】
有利なことに、前記熱利用先装置は、一般的な熱交換器または一般的な蒸気発生器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明について以下で、添付の図面に関連して、非限定実施例として提示する少なくとも一つの好適な実施形態で説明する。
【００３１】
【図１】同心状に配設された外部配管１０および内部配管２０を示す、本発明の地熱坑井の全体的動作図を示す。図面の左側には、入口ポンプ４０を通過して、高圧下で内部配管２０内を搬送される流入水４１の流動が示されている。水が深く下降するにつれて、地球の深部に存在する熱勾配のため、水はどんどん熱くなる。内部配管の底に達すると、温度の上昇を表してだんだん色が濃くなる矢印によって表される水の流れは、内部配管２０の外面と外部配管１０の内面との間にある空間内に上昇する。黒い矢印によって表される流出物５１は、熱交換器および蒸気発生器、またはプラントを利用するための任意の他の機器に搬送される。加えて、専用ソフトウェアを介して坑井の安全性および効率を監視する二つの検出センサ６０、自動安全弁７０、および駆動調整弁７１が示される。
【図２Ａ】内部配管２０のモジュール要素２１および外部配管１０のモジュール要素１１の正面図を示す。特に、ねじ部１２および１２’は外部配管１０のモジュール要素１１の両端に示される一方、他の二つのねじ部２２および２２’は内部配管２０のモジュール要素２１の両端に示される。そのような部分は、地中に深く下降する配管を形成するために、前後のモジュール要素１１、２１が安定係合するように指定される。
【図２Ｂ】前図と同じ正面図であるが、この場合は、内部配管２０および外部配管１０の終端モジュール要素１１、２１に関する正面図を示す。上にくるモジュール要素１１、２１との接続を可能にする、対応するねじ部２２、１２が、各モジュール要素１１、２１の上端に示される。外部配管１０のモジュール要素１１の下端には、閉塞キャップ１３が設けられる。内部配管２０のモジュール要素２１の下端はむしろ自由端２３である。
【図２Ｃ】坑井の上面図を示しており、外部配管１０の輪郭を表す外周、外部にカラー１５を持つ内部配管２０の輪郭を表す内周、および前記内部配管２０と前記外部配管１０との間に構成される円冠部に存在する三本のスポークが示される。三本のスポークは、次の図の助けを借りてより見やすくかつ理解しやすくなるスペーサ１４を表す。
【図３】前述の通り、坑井の深部構造の三次元図を示しており、ここには外部配管１０および内部配管２０の他に、外部配管１０から始まりカラー１５上に収束するスペーサ１４が示されている。画像は底部から頂部への図で表され、すなわち坑井の底部から地表面方向に表されていることを理解されたい。実際、カラー１５の頂部には、内部配管２０のモジュール要素２１に対するフランジ２４の係合が示される。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の概念に関する幾つかの実施形態を示す図に関連して、本発明について純粋に非限定的実施例により解説する。
【００３３】
図１を参照すると、本発明の地熱坑井の動作図が示されている。本発明の非常に革新的な側面について理解を深めるために、現在使用されている坑井は、二本の掘削と、水の流入配管を流出配管に水平方向に接続する配管を地中深くに配設することを必要とすることを理解されたい。本発明のおかげで、流出配管は、水、より一般的には流体を流入させるための配管を内包する。したがって、外部配管１０および内部配管２０は同軸であり、内部配管２０は、内部配管２０の外面と外部配管１０の内面との間に構成される円冠部に発生する流出物５１のより緩徐な上昇を保証するように充分に大きい。これは、流体が坑井の外壁と接触し、したがってその熱エネルギを吸収する期間が長くなるのを可能にするためである。
【００３４】
したがって、坑井を形成する際に、要求される掘削は二本ではなく、一本だけである。
【００３５】
本発明を理解するために、現在使用されているタイプの坑井、すなわち流入および流出の坑井間に水平方向の流路を有する坑井に対する垂直方向の回路の大きな違いを強調したい。熱勾配は深さの増大に比例して大きくなると仮定して、垂直に延びるシステムは、熱パワーの需要に合わせて流量を調整することが可能である。
【００３６】
依然として図１に関連して、矢印は流体の流路を示す。左側の最初の白い矢印は、入口ポンプ４０を介して所望の圧力で内部配管２０内に搬送される流入物４１を示す。深く下降するにつれて、流体は最深岩層によって伝達される内生熱を吸収する。坑井の深さは、現場の予備調査中に実行されるコア採取を介して遭遇した岩石の種類によって異なることを指摘したい。坑井の深さは、計画段階で、奥深くで検知される温度の関数として確立される。
【００３７】
どんどん熱くなって流体は坑井の遠位端に達すると、内部配管２０が開口していると仮定して、前記流体は外部配管１０に流入する。流出物５１を構成する黒い矢印によって表される上昇流は、ここから始まる。後者は少なくとも一つの特殊熱利用先装置に向かって搬送され、それは一般的な熱交換器および一般的な蒸気発生器の両方とすることができる。この時点で、流体は冷却され、それは冷却戻り流体として循環に再導入され、新しい流入物４１を構成する。
【００３８】
循環する流体の再導入は、地盤沈下現象、すなわち帯水層からの取水による土壌の沈降が発生する可能性を排除する。
【００３９】
一般的な地熱坑井で現在発生する微小地震を排除することをも目的として、本発明のプラントは、内部配管２０に生じる振動を減衰するための多くの予防措置が設けられる。より正確には、坑井の同心流の構成は、反対方向に流動することで、流入物４１によって生じる振動が上昇流によって生じる振動を少なくとも部分的に打ち消すので、振動の所与のレベルの減衰をすでに保証している。更に、環状フランジ２４は、振動のそのような減衰を支援し、二つの配管間の同軸性の維持を確実にし、かつ同時に不可避の熱膨張を可能にするように、前記内部配管２０の外側に配設される。前記フランジ２４は、その上部が、外部配管１０に属する環状カラー１５と係合すると共に、その内面が、任意の金属または金属合金製の一般的なバーまたは平板によって構成され二つの配管の間に構造的支持をもたらすように適応された複数の（好ましくは三つの）スペーサ１４を介して、接続されるように適応される。
【００４０】
図３は、上述した構成部品間の相互係合を余すところなく示す。流体は約２００バールにのぼる非常に高い圧力で内部配管２０内に導入され、したがって振動はかなり大きくなり得ることを理解されたい。更に詳しくは、前記カラー１５は、高い運用温度のため線形方向および立方体方向の両方で見込まれる熱膨張を可能にするように、適切な大きさに形成される。更に詳しくは、相対スペーサ１４付き前記カラー１５は規則的な間隔で配設され、特に、モジュール要素１１、２１によって構成される配管の場合、スペーサ１４付きカラー１５は外部配管１０の各モジュール要素１１に、かつフランジ２４は内部配管２０の各モジュール要素２１に設けられる。
【００４１】
機械的補剛システムは、上述した微小地震を防止するように適応された専用ソフトウェアを介して、電子的制御システムによって支援される。
【００４２】
特に、坑井は、外部配管１０に少なくとも一つの検出センサ６０、および内部配管２０に検出センサが設けられる。後者は、循環流体の圧力に起因する配管１０、２０の振動に関する情報を前記専用ソフトウェアに伝送するように適応される。おそらく、かつ好ましくは、前記検出センサ６０もまた、循環流体の化学的‐物理的組成に関する情報およびその循環圧力に関する情報を前記ソフトウェアに連絡するように適応させることができる。
【００４３】
この情報を収集すると、前記専用ソフトウェアは、戻り流の振動が振動を予め設定された閾値内に戻すのに充分でなかった場合に、振動を減衰させることができる。特に、前記ソフトウェアは次の手段、すなわち、一般的なモータおよび／または同期モータおよび／または流量調整弁によって構成され、振動を減衰させ、潜在的な微小地震を防止するのに適した、駆動調整弁７１、入口ポンプ４０、および複数のアクチュエータを介して動作する。
【００４４】
前記坑井にはまた、循環流体の過圧を検出した場合に自動的に動作するように適応された自動安全弁７０も設けられる。
【００４５】
本発明の坑井の構造特性もまた革新的利点を明らかにする。外部配管１０および内部配管２０は両方とも、プロジェクトの深さに到達するまで相互に次から次に結合される、複数のモジュール要素１１、２１によって構成される。前記モジュール要素１１、２１は、前記モジュール要素１１、２１の上端および下端に配設された一対のねじ部１２‐１２’、２２‐２２’を備えた、一般的な円筒状の中空マンネスマン管によって（すなわち溶接することなく）構成される。前記ねじ部１２‐１２’、２２‐２２’は、所望の深さが得られるまで、各モジュール要素１１、２１が後続要素に安定的にしかも可逆的に螺合しかつ固定することを可能にするように適応される。一つのモジュール要素１１、２１と別のモジュールとの間の各接合部は、接合部の内部および外部に配設されるテフロン層によって封止される。
【００４６】
上記説明に関して例外となる唯一の要素は、図２Ｂに余すところなく示すように、両配管１０、２０の終端要素である。特に、外部配管１０の遠位端にあたるその終端要素は、前述のものと同様に、上にくるモジュール要素１１に対するその螺合を可能にするねじ部１２を備えた円筒状の中空体によって表される。反対側の端部にはむしろ、前記外部配管１０からの流体の流出およびそれに続く地中への流体の分散を防止するように適応された、閉塞キャップ１３が設けられる。
【００４７】
内部配管２０の終端要素はむしろ、上端には上にくるモジュール要素２１に螺合するためのねじ部２２を備え、下端には自由端２３を備えた、円筒状の中空要素によって構成される。これは、内部配管２０から外部配管１０への流体の流出を可能にするためである。
【００４８】
最後に、これまで記載した本発明は、添付する特許請求の範囲に記載する保護の範囲から逸脱することなく、当業者にとって明瞭な修正、追加、または変形を受けることがあることは明らかである。
【図１】
2019526022.tif 000003
【図２Ａ】
2019526022.tif 000004
【図２Ｂ】
2019526022.tif 000005
【図２Ｃ】
2019526022.tif 000006
【図３】
2019526022.tif 000007
【国際調査報告】
2019526022.tif 000008
2019526022.tif 000009
2019526022.tif 000010